深圳抽水蓄能電站機組背靠背拖動監控流程設計

操俊磊，姜海軍，李 青，陳 龍，胡海峰

[1. 南瑞集團（國網電力科學研究院）有限公司，江蘇省南京市 211106；2. 深圳蓄能發電有限公司，廣東省深圳市 518116]

0 引言

深圳抽水蓄能電站（以下簡稱深蓄電站）處于廣東的電力負荷中心，是西電東送的落點和粵港電網的連接點。電站總裝機容量為1200MW，安裝4臺30萬kW抽水蓄能機組，建成后年發電量達到20億kWh。電站樞紐建筑物主要由上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房和地面開關站等組成。電站建成后將成為南方電網的“蓄電池”“應急電源”，承擔電網調峰、填谷、調頻、調相和事故備用等任務，將進一步增強南方電網調峰調頻能力，顯著提高電網安全穩定水平和供電可靠性。

電站監控系統采用了南瑞集團水電公司研發的SJ-3000計算機監控系統，上位機為NC2000（V3.0）監控軟件，下位機為SJ-600現地控制單元，按無人值班（少人值守）設計，為電站安全穩定高效運行提供了保障。

1 機組運行方式

深蓄電站機組運行方式較為復雜，工況包括：停機、空轉、空載、發電、發電調相、抽水、抽水調相等7種穩定工況，同時具備黑啟動和線路充電功能。

機組運行的工況轉換主要有：a停機→停機熱備；b停機熱備→空轉；c空轉→空載；d空載→發電；e發電→發電調相；f發電調相→發電；g發電→空載；h空載→空轉；i空轉→停機；j發電調相→停機；k停機熱備→抽水調相（SFC拖動）；l停機熱備→抽水調相（BTB拖動）；m停機→旋轉（BTB作為拖動機）；n抽水調相→抽水；o抽水→抽水調相；p抽水→停機；q抽水調相→停機；r抽水→發電；s停機熱備→黑啟動。

機組正常開停機工況轉換流程結構如圖1所示。

圖1 機組工況轉換流程結構圖Figure 1 Conversion diagram of unit working condition

2 背靠背抽水順控流程組成

本文主要介紹背靠背抽水順控流程，該流程由開機預啟動條件、背靠背工況轉換條件和工況轉換流程組成。其中，開機預啟動條件是機組開機啟動順控流程的前提，條件滿足方可開機。工況轉換條件滿足后，監控系統方可執行對應的工況轉換流程。

背靠背工況轉換流程分為拖動機BTB拖動流程和被拖動機BTB抽水流程，由圖1可知，BTB拖動流程由1、13、21、22組成，即停機→停機熱備→BTB拖動→停機熱備→停機態。BTB抽水工況轉換流程由1、12、14組成，即停機→停機熱備→BTB抽水調相→抽水態。

2.1 開機預啟動條件

開機預啟動條件由機組各個分系統啟動條件組成，主要包括保護系統、電氣部分、主變壓器系統、調速器、勵磁系統、進水閥系統、水輪機發電機系統以及計算機監控系統。各個系統啟動條件的邏輯組成這里不再贅述，電站可根據實際情況編制和實施。

各個系統的啟動條件均具備，開機預啟動條件方可滿足，邏輯組成如圖2所示。

圖2 開機預啟動條件邏輯組成圖Figure 2 Logic composition of starting condition

圖3 拖動機組工況轉換條件邏輯組成圖Figure 3 Logic composition of conversion condition of drag unit

圖4 被拖動機組工況轉換條件邏輯組成圖Figure 4 Logic composition of the condition of the dragged unit

2.2 背靠背工況轉換條件

作為拖動機組，其工況轉換條件主要包括：機組在停機穩態且開機預啟動條件滿足，拖動刀閘/啟動刀閘位置狀態正確，以及上下庫水位信號正常。邏輯組成如圖3所示。

作為被拖動機組，由于機組需開機并網經過抽水調相工況，從而轉至抽水穩態，所以其工況轉換條件需加判主變帶電、充氣壓水設備正常、同一流道其他機組不在發電方向工況、功率測量源正常等，主要邏輯組成如圖4所示。

2.3 背靠背工況轉換流程

以電站機組“1拖2”為例，即1號機組作為拖動機拖動2號機組至抽水態，詳細介紹背靠背的順控流程。

步驟1：1號機組作為拖動機，2號機組作為被拖動機，兩臺機組同步執行由停機至停機熱備子流程，開啟機組輔助設備。輔助設備主要包括技術供水、水導外循環油、推力及下導外循環油、調速器油壓系統以及高壓油頂起裝置等。由圖1可知，該過程是機組所有開機流程公用部分，這里不詳細介紹。

步驟2：1號機組分中性點隔離開關，2號機組合抽水工況換相隔離開關和啟動隔離開關（被拖動隔離開關），同時發給1號機組拖動隔離開關合閘允許信號，1號機組收到該信號后合拖動隔離開關。

步驟3：1、2號機組分別設置調速器、勵磁和保護工況模式，1號機組啟動同期無壓合模式合出口斷路器。至此，電氣鏈接已建立，鏈路方向為GM1→G1拖動隔離開關→I段啟動母線→G2啟動隔離開關→GM2，背靠背電氣鏈接圖如圖5所示。

步驟4：1號機組開啟球閥，2號機組調用充氣壓水子流程。球閥開啟至中間位置后將“拖動機組準備好”信號發送至2號機組，2號機組收到該信號后啟動勵磁系統（合滅磁斷路器），隨后將“開始拖動”命令發送給1號機組，1號機組隨即啟動勵磁系統（合滅磁斷路器）。

圖5 背靠背電氣鏈接圖Figure 5 Back to back electrical link diagram

步驟5：1號機組開導葉，此時2號機組組被1號機組拖動，兩臺機組轉速同步上升。2號機組轉速和電壓升至額定90%以上，監控系統啟動同期裝置并網。

步驟6：2號機組出口斷路器合位，將“拖動機出口斷路器分閘”命令發送給1號機組，1號機組分出口斷路器，并將分閘位置信號反饋至2號機組，2號機組隨即分開啟動隔離開關到達抽水調相穩態。

步驟7：1號機組退出勵磁、分拖動隔離開關、關閉導葉、關閉球閥，進入旋轉停機→停機流程，待機組轉速降至零，合上中性點隔離開關，退出機組輔助設備，最終轉為停機態。2號機組調用抽水調相→抽水流程，排氣回水、開球閥、開導葉、復歸保護調相模式后到達抽水穩態。

1、2號機組主要流程轉換及信息交互如圖6所示。

圖6 背靠背順控流程圖Figure 6 Back to back control flow chart

3 監控系統的安全與閉鎖

背靠背啟動工況流程復雜，涉及面廣，在保障機組設備安全方面，監控系統的保護閉鎖措施起著至關重要的作用。本文就深蓄電站監控系統針對背靠背工況的安全與閉鎖設計，主要列舉如下幾點。

3.1 出口斷路器的低頻閉鎖

作為拖動機組，其出口斷路器在開啟導葉前已通過同期無壓合合上，開啟導葉后拖動機與被拖動機同步轉動，由于低頻狀態下斷路器拉弧能力下降，如果升速過程中設備故障或流程失敗導致斷路器分閘，此時會對斷路器造成損害，影響設備工作壽命。

監控系統為防止低頻情況下分開斷路器對設備造成損傷，在背靠背拖動過程中，如若流程超時或設備故障等原因觸發事故停機，需第一時間分開機組滅磁斷路器，延時約5s后再分開出口斷路器，監控的閉鎖邏輯如圖7所示。

圖7 低頻閉鎖邏輯圖Figure 7 LF latch logic diagram

3.2 避免兩電源同時供電措施

被拖動機組背靠背抽水同期并網時，要注意避免拖動機和電網同時給被拖動機供電的問題。被拖動機同期并網瞬間，通過現地控制單元LCU通信將“分拖動機出口斷路器”命令發送至拖動機，拖動機隨即開出分閘命令，實現電氣鏈接解列。

為保證此過程安全可靠以及時效性，監控系統另設計了一套硬接線回路，取“被拖動機同期合閘令”擴展信號作為分拖動機出口斷路器回路節點，“軟硬結合”確保并網的第一時間分開拖動機組的出口斷路器。被拖動機分拖動機GCB硬接線回路設計如圖8所示。

3.3 轉差保護

在背靠背啟動過程中，因電氣參數不合理、機械故障等原因導致兩臺機組轉速不同步的情況時有發生。此時，電站運行或調試人員應立即手動按下事故停機按鈕將機組停下來。

為及時避免機組事故進一步擴大，深蓄電站監控系統對于該項保護增加電氣事故停機啟動源，事故一旦發生則第一時間自動啟動事故停機流程將兩臺機組停穩。試驗參數暫整定為“轉差大于10%Ne”且持續10s以上，則觸發事故停機流程。

3.4 流程失敗啟動事故停機

背靠背的啟動過程涉及兩臺機組，期間存在拖動機組與被拖動機組的電氣鏈接和信息交互，其中一臺機組的設備故障或卡頓都會直接導致啟動失敗。

圖8 被拖動機分拖動機GCB硬接線回路設計圖Figure 8 Design diagram of hard wiring circuit for dragged unit tripping GCB of drag unit

為保障機組設備安全，監控系統現地控制單元實時掃描重要設備狀態信息，拖動/被拖動機組設備故障或順控流程超時均會自動觸發監控電氣事故停機流程，同時聯跳對側機組，以避免事故擴大。

4 結束語

背靠背拖動過程較為復雜，涉及監控、保護、勵磁以及調速器等二次設備的配合問題。例如監控同期參數、保護低頻過流參數、勵磁電流整定以及調速器的導葉開啟規律等均會直接影響背靠背啟動的成功率。深蓄電站于2018年2月完成1號機組和2號機組背靠背拖動調試，安全閉鎖測試充分，試驗過程順利，實踐證明了監控系統順控流程設計的安全可靠性，也為后續其他抽水蓄能電站的投運和改造項目提供有力的技術參考。